SUPERVISOR
Hossein Farrokhpour,Shadpour Mallakpour
حسین فرخ پور (استاد مشاور) شادپور ملک پور (استاد راهنما)
STUDENT
Masoud Hatamimofrad
مسعود حاتمی مفرد
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1394
TITLE
Green synthesis of poly(vinyl alcohol), chitosan and alginate nanocomposites having biological-molecules intercalated layered double hydroxide and silver nanoparticles: Study of adsorption of methyl orange and antibacterial and bioactivity behaviors
: Nowadays, researchers try to use materials and methods, which not only decrease the pollution of the environment but also are low-cost and have high efficiency. Hence, this research focused on the green synthesis of bio-polymeric nanocomposites (NCs) and their applications. For this aim, in the first study, we used the green synthesis of layered double hydroxide (LDH)-Fe3O4 hybrid and its poly(vinyl alcohol) (PVA) NCs. Also, in order to decrease the solubility of PVA, these NC compounds were crosslinked with glutaraldehyde. Properties and structure of the prepared samples were characterized by different spectroscopic analyses. After that, the obtained NC compounds were examined as a low-cost adsorbent to eliminate the poisonous methyl orange dye from aqueous test solution. The observed results showed that the removal efficiency of the adsorbent was affected by different parameters including pH (pH = 6), reaction time (420 min), temperature (25 oC), and concentration of both adsorbent (100 mg) and adsorbate (100 mg/L), and the maximum adsorption capacity of this adsorbent was 28.86 mg/g. Also, the adsorbent was easily separated from the aqueous solution with three steps reusability. In the second study, the green fabricated LDH-Ag hybrid was examined for the fabrication of NC compounds based on the chitosan matrix. After the characterization of NC compounds, they were examined for the inhibition of Escherichia coli and Staphylococcus aureus bacteria. The obtained results showed the high antibacterial performance of these NCs for both examined bacteria. Also, the antibacterial test indicated that the stability of samples was different against each bacteria and they were stable against Escherichia coli for 2 days and Staphylococcus aureus for 3 days. In the third study, the silver nanoparticles (Ag) were fabricated in the presence of non-toxic, low-cost, and eco-friendly Quercus branti plant. The obtained results indicated that the efficiency of fabricated Ag was different in the presence of different conditions such as pH, reaction time, temperature, and concentration of Ag. The obtained results confirmed the Ag with face centered cubic structure and spherical-shaped with a mean particle size of 13 nm. Then, these Ag were homogeneously incorporated into the matrix of different polymers including PVA, chitosan, and alginate to form bio-polymeric NCs, and they were examined in antibacterial field. The antibacterial results showed that with the addition of 1 wt% of Ag in the matrix of each polymer, their antibacterial performance was effectively increased. Moreover, because of the high mechanical behavior of PVA bio-NC, it was selected and its bioactivity was examined in simulated body fluid with pH = 7.4. The observed results indicated the growth of hydroxyapatite on the surface of examined PVA NC after 30 days.
در این رساله¬ی تحقیقاتی، در بخش اول سعی شد تا با استفاده از روش¬های ساده و ارزان قیمت نانوهیبریدهای هیدروکسیدهای دوگانه¬ لایه¬ای-نانوذره آهن تهیه شوند و سپس به کمک امواج فراصوت این نانوهیبریدها برای تهیه¬ی فیلم¬های نانوکامپوزیتی حاوی پلی(وینیل الکل) مورد استفاده قرار گیرند. هم¬چنین، فیلم¬های نانوکامپوزیتی حاصل در حضور گلوتارآلدهید شبکه¬ای¬ شدند. ویژگی¬ها و ساختار نانوهیبرید و فیلم¬های نانوکامپوزیتی حاصل با استفاده از آنالیزهای مختلفی مورد بررسی قرار گرفتند. در ادامه، از نانوکامپوزیت¬های حاصل به عنوان یک جاذب ارزان قیمت برای جداسازی رنگ¬ سمی متیل اورانژ از محیط آبی استفاده شد. نتایج حاصل نشان داد که بیشترین مقدار جذب متیل اورانژ در مدت زمان 420 دقیقه، محیط نسبتاً اسیدی، غلظت 100 میلی¬گرم بر لیتر از متیل اورانژ و دمای محیط می¬باشد و بیشینه ظرفیت جذب 86/28 میلی-گرم بر گرم به¬دست آمد. هم¬چنین، نتایج حاصل نشان داد که جاذب به راحتی از محلول آبی جدا می¬شود و تا سه مرحله قابلیت استفاده مجدد را از خود نشان می¬دهد. در بخش دوم، نانوهیبرید هیدروکسیدهای دوگانه¬ لایه¬ای-نانوذره نقره تهیه شده با استفاده از روش¬های سبز و غیر سمی برای تهیه¬ی فیلم¬های نانوکامپوزیتی حاوی کیتوسان مورد استفاده قرار گرفت. پس از شناسایی ساختار نانوکامپوزیت¬های حاصل، از آن¬ها به عنوان مواد بازدارنده¬ی رشد باکتری¬های استافیلوکوکوس اورئوس و اشریشیاکولای استفاده شد. نتایج حاصل از بررسی ویژگی ضد باکتریایی نشان داد که نانوکامپوزیت¬های حاصل قابلیت بالایی برای مهار رشد هر دو باکتری را از خود نشان می¬دهند. هم¬چنین، نتایج حاصل از پایداری ضد باکتریایی مواد نشان داد که آن¬ها مدت 3 روز در برابر باکتری استافیلوکوکوس اورئوس و به مدت 2 روز در مقابل باکتری اشریشیاکولای به طور کامل مقاوم بودند و با گذشت زمان رشد باکتری بر روی آن¬ها بیشتر می¬شود. در بخش سوم، تهیه¬ی نانوذره¬های نقره با استفاده از محلول آبی احیاءکننده غیر سمی و ارزان قیمت حاوی عصاره¬ی میوه بلوط مورد بررسی قرار داده شد. نتایج به¬دست¬¬آمده نشان داد که رشد نانوذره¬های نقره حاصل تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله مدت زمان انجام فرآیند، pH محیط، غلظت و دما می¬باشد. نانوذره¬های نقره تهیه شده در این روش ساختار بلوری مکعبی مرکز پر را از خود نشان دادند و هم¬چنین نتایج حاصل از ریخت¬شناسی نانوذره¬های حاصل نشان دهنده ساختار کروی با میانگین اندازه ذره¬های حدود 13 نانومتر بود. در ادامه، پس از پخش نانوذره¬های نقره حاصل درون بافت پلیمرهایی از جمله پلی(وینیل الکل)، کیتوسان و آلژینات، ویژگی این نانوکامپوزیت¬ها در زمینه¬های ضد باکتریایی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که با افزودن یک درصد وزنی از نانوذره¬های نقره تهیه شده به درون بافت پلیمرهای مورد بررسی، آن¬ها به طور قابل توجهی قادر به مهار رشد باکتری-های استافیلوکوکوس اورئوس و اشریشیاکولای بودند. هم¬چنین، نانوکامپوزیت پلی(وینیل الکل) حاوی نانوذره¬های نقره به دلیل خاصیت مکانیکی بسیار بالایی که داشت انتخاب شد و خاصیت زیست¬فعالی آن در محیط شبیه¬سازی شده بدن با 4/7 = pH مورد بررسی قرار گرفت. بعد از 30 روز غوطه¬وری فیلم نانوکامپوزیتی حاصل درون محلول شبیه¬سازی شده بدن، نتایج حاصل نشان داد که دانه¬های سفید رنگ هیدروکسی آپاتیت به طور قابل توجهی بر روی سطح فیلم آن رشد کرده بودند.